摘要:
在粤西酸性土壤，以甘蔗品种粤糖03-373为材料，通过田间试验，研究了不同用量的有机土壤调理剂对土壤理化性质、甘蔗生长指标、蔗茎产量构成和甘蔗蔗糖分的影响。结果表明：与常规推荐施肥相比，增施适量的有机土壤调理剂(750~3000 kg/hm2)能提高土壤pH值和有机质含量，显著提高分蘖期土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量；促进甘蔗生长，增加株高，提高蔗茎产量和甘蔗蔗糖分，增加净收益，其中以有机土壤调理剂施用量为1500 kg/hm2的效果最显著(p < 0.05)，该处理甘蔗叶片SPAD值、株高、蔗茎产量、甘蔗蔗糖分和净收益分别比常规推荐施肥提高17.6%、7.8%、14.8%、6.1%和33.2%。
Abstract:
A field experiment with sugarcane variety YT03-373, was carried out to investigate the effects of applying different amounts of organic soil conditioner on soil physical and chemical properties, sugarcane growth indexes, composition of cane yield, and sucrose in cane, in acid soil of west Guangdong province. The results showed that applying suitable amount (750 - 3000 kg/ha) organic soil conditioner enhanced pH value and the contents of organic carbon in acid soil. Soil available nutrients (nitrogen, phosphorus and potassium) were significantly increased in tilling stage, compared to the recommended fertilization, which promoted sugarcane growth indexes and significantly raised the plant height, cane yield, sucrose in cane and net income. Among all of the treatments, applying 1500 kg/ha soil conditioner obtained the most prominent impact on improving sugarcane growth and yield. In this treatment, the SPAD value, plant height, cane yield, sucrose in cane and net income increased by 17.6%, 7.8%, 14.8%, 6.1%, and 33.2%respectively, compared to the recommended fertilization.
1. 引言
粤西地区是我国糖料甘蔗三大优势生产区域之一，具有甘蔗生长得天独厚的热带亚热带气候条件和土地资源，但由于蔗区土壤脱硅富铁铝化严重，土壤呈强酸性。敖俊华等 [1] 调查表明，粤西蔗区土壤pH值大多在4.0~5.5之间，平均pH值为4.55，属强酸性红壤。酸性土壤中的Ca、Mg等中微量元素大量淋失，游离铁、铝离子增多，加上蔗区长期连作，养分失衡严重，已成为限制甘蔗产量与品质提高的主要障碍因子 [2] 。
施用土壤调理剂是修复退化土壤的重要措施之一。土壤调理剂能有效改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力 [3] 。南方酸性土壤常用的土壤调理剂为石灰，但长期或大量使用石灰会引起土壤板结，使土壤中钙、镁、钾等元素失衡，从而导致作物减产 [4] 。近来以碱渣、粉煤灰和木本泥炭等为主要原料的土壤调理剂也取得了较好的应用和推广效果。魏岚等 [5] 研究表明，碱渣和菇渣为主要原料的土壤调理剂在调节土壤酸性、改善土壤肥力方面表现出很好的互补性，显著提高辣椒产量和品质。黄庆等 [6] 利用碱渣和城市污泥制造的多元酸性土壤调理剂改良酸性菜园土的试验中，pH值提高0.69，盐基饱和度提高33.18%，有效铝降低40.39%。李育鹏等 [7] 以化学合成CaCO3为主要原料生产的土壤调理剂可以增加土壤pH值和硅铝率，提高空心菜的产量，改善空心菜的品质。范业宏等 [8] 采用木本泥炭与过氧化钙混配研制的土壤调理剂对“早金酥”梨果实品质提高有良好的促进作用。范文静等 [9] 以工业副产品硅钙镁磷钾等为主要成分的酸性土壤调理剂短期内可显著提升酸性土壤的pH值和电导率，显著提高油菜产量和改善品质。
木本泥炭是一种天然产物，富含有机质和腐殖酸，水溶物、半纤维素和纤维素的含量低，作为肥料使用后，能改善土壤保水性 [10] ，增加土壤养分的有效性 [11] ，促进植物生长 [12] 。在梨 [8] 、芒果 [13] 、甘蔗 [14] 和香蕉 [15] 上已取得较好的应用效果，但其作为原料制作土壤调理剂并在酸性土壤中应用的相关报道较少。
本文以木本泥炭为主要原料，混配镁、硅、硼等酸性土壤亏缺养分因子制成有机土壤调理剂，通过田间试验研究不同用量的有机土壤调理剂对酸性土壤和甘蔗生长的影响，以期明确该有机土壤调理剂在粤西蔗区的合理用量，为其在南方酸性土壤地区的应用提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1. 试验地概况
试验地位于广东省遂溪县黄略镇新桥(21˚21'N，110˚17'E)，属于砖红壤黄色砂壤土，地形为平地，肥力等级为中等，前茬作物为甘蔗。试验地土壤基础养分性状：pH 4.65，有机质15.36 g/kg，速效钾125.25 mg/kg，全钾2.32 g/kg，全氮0.95 g/kg，全磷1.05 g/kg，速效磷57.68 mg/kg。
2.2. 试验材料
供试甘蔗品种：粤糖03-373 (粤糖92-1287×粤糖93-159)。
试验肥料包括：1) 有机土壤调理剂(含有机质40%，CaO 6%，MgO 3%，SiO2 6%，B 0.5%，pH 10.5)；2) 复合肥(15-15-15和25-10-16颗粒剂，湖北新洋丰肥业有限公司产)。
2.3. 试验方法
试验设置5个处理：T1，常规推荐施肥，基肥施用复合肥(15-15-15) 300 kg/公顷，追肥施用复合肥(25-10-16) 1500 kg/公顷；T2，常规推荐施肥 + 750 kg/公顷有机土壤调理剂；T3，常规推荐施肥 + 1500 kg/公顷有机土壤调理剂；T4，常规推荐施肥 + 3000 kg/公顷有机土壤调理剂。有机土壤调理剂均作为基肥施用。试验设3次重复，共12个小区，小区长10 m，行距1.1 m，6行，面积66 m2，完全随机区组设计。试验于2015年3月13种植，施基肥，2015年5月28日追肥，2016年1月18日收获。其它日常管理与大田生产上一致。
2.4. 调查项目及方法
农艺经济性状测定：用直尺量株高(分别于伸长期8月25日和成熟期12月18日进行)，成熟期计算有效茎数，用卡尺测量茎径，用锤度计测量锤度。
氮平衡指数和叶片SPAD值：于分蘖期(6月2日上午)天气晴朗情况下，用Dualex植物氮平衡指数测量仪测定功能叶+2叶片的氮平衡指数和SPAD值。
收获及糖分分析：于2018年1月18日进行收获称产，每个小区实测产量，折算公顷产量。每小区随机取6条甘蔗，将蔗茎混合榨汁，甘蔗蔗糖分分析按照李墉等 [16] 方法进行。
土壤养分分析：种植前、分蘖期(6月12日)与收获后在每小区取0~40 cm土层土壤样品。参照土壤农化分析 [17] 方法测定土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾。
2.5. 数据处理
本试验所有数据均用Microsoft® Excel进行平均数和标准差计算，并用DPS7.0进行统计分析。
3. 结果分析
3.1. 有机土壤调理剂对土壤理化性质的影响
从表1可见，T1处理种植前、分蘖期和收获后土壤pH均无明显变化。分蘖期和收获后，施用有机土壤调理剂处理(T2，T3和T4)的土壤pH均有所升高，分蘖期升高幅度较大，pH值分别较常规推荐施肥处理(T1)提高0.16、0.26和0.32，说明增施有机土壤调理剂对改良酸性土壤有一定的效果。除了T1处理，其它处理的土壤有机质含量在分蘖期和收获后均较种植前有较大幅度的提高，特别是有机土壤调理剂施用量在1500 kg/hm2以上的处理(T3和T4)，土壤有机质含量显著高于T1处理，说明适量有机土壤调理剂的施用能有效提高土壤有机质含量。分蘖期和收获后土壤全氮含量较种植前有所升高，但差异不显著。碱解氮、有效磷和速效钾含量在分蘖期较种植前显著升高，主要是由于追肥施用的肥料大部分未被甘蔗吸收而残留在土壤中，大大提高了土壤中氮磷钾有效养分的含量。分蘖期，增施有机土壤调理剂处理的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于常规推荐施肥处理的，但收获后各处理间无显著差异，较种植前略有升高。说明肥料的有效补充量略大于甘蔗对氮磷钾的吸收量，部分盈余于土壤中。
3.2. 有机土壤调理剂对甘蔗生长的影响
从表2可以看出，不同处理下甘蔗的出苗率无显著差异，介于57.4%~59.8之间，说明在施用量3000 kg/hm2以内，有机土壤调理剂作为基肥施用对甘蔗萌芽是没有负面影响的。在伸长期和成熟期，增施有机土壤调理剂处理的株高显著高于常规推荐施肥处理，但有机土壤调理剂不同用量的处理间无显著差异。增施有机土壤调理剂处理的茎径和有效茎数较常规推荐施肥处理有一定程度增加，但差异不显著。
3.3. 土壤调理剂对甘蔗叶片氮平衡指数和SPAD 值的影响
氮平衡指数(Nitrogen Balance Index, NBI)是重要的胁迫荧光参数，也是反映作物长势的重要指标。它是叶绿素(SFR)和类黄酮(FLAV)的比值。图1显示，增施有机土壤调理剂处理的氮平衡指数均较常规对照有所升高，特别是T3和T4处理，差异达到显著水平。增施有机土壤调理剂处理的叶片SPAD值显著高于常规推荐施肥处理，而有机土壤调理剂不同用量的处理间无显著差异。说明增施有机土壤调理剂有
Table 1. Physical and chemical character of soil in different stages
表1. 不同时期土壤理化性质
Table 2. Agronomic traits of sugarcane under different treatments
表2. 不同处理甘蔗的农艺性状
利于甘蔗对养分的吸收(尤其是氮)，中微量元素镁等的补充也有利于叶绿素的合成，提高叶绿素含量，增强光合作用，促进甘蔗生长。
3.4. 土壤调理剂对甘蔗产量、蔗糖分和经济效益的影响
通过对各处理下蔗茎产量和甘蔗蔗糖分结果(表3)分析可以看出：与常规推荐施肥对照相比，增施有机土壤调理剂可显著提高蔗茎产量，增产幅度在6.6%~15.5%之间。蔗糖分也有一定程度升高，特别是增施1500 kg/hm2以上有机土壤调理剂的处理甘蔗蔗糖分提高显著，幅度在0.62%~0.86% (绝对值)。表明在常规推荐用肥基础上适当增施有机土壤调理剂可提高蔗茎产量和甘蔗蔗糖分。经济效益分析发现，增施有机土壤调理剂处理的肥料投入都有所增加，但同时产值均高于常规推荐施肥处理，因此净收益也均增加，较T1增收12.0%~33.2%。从增施有机土壤调理剂的产投比可以看出，T4处理的最大，T5处理的最小，但均大于1，表明增施有机土壤调理剂均能获得较好收益。因此，增施适量的有机土壤调理剂可以增加净收益，施用量以1500 kg/hm2效果最优，净收益达到8310元/hm2，较常规推荐施肥增收33.2%。
4. 讨论与结论
木本泥炭富含腐殖酸类物质，腐植酸是一种高分子有机胶体混合物质，它施入土壤后可以与土壤中的铵结合形成腐殖酸铵，减少土壤氨挥发；防止新施入磷素肥的固定，释放固定态磷；形成缓释钾肥，防止钾的淋失，进而增加土壤氮磷钾素的有效性 [11] [18] [19] [20] 。本试验结果显示，分蘖期，在常规推荐施肥基础上增施有机土壤调理剂，土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著提高，与前人研究结果相一致。收获后各处理土壤残留养分无显著差异，可能是增施有机土壤调理剂处理较常规推荐施肥增产消耗的养分抵消了原有的差异。
注：柱上不同字母表示处理间差异显著(p ＜ 0.05)。
Figure 1. The nitrogen balance index and SPAD value of + 2 leaf under different treatments
图1. 不同处理下甘蔗+2叶片氮平衡指数和SPAD值
Table 3. Cane yield, sucrosecontent in cane and economic benefits of sugarcane under different treatments
表3. 不同处理蔗茎产量、甘蔗蔗糖分和经济效益比较
注：甘蔗收购价450元/t，复合肥3.3元/kg，土壤调理剂为1.0元/kg，砍收和运输成本为150元/t，其它成本统一按12,000元/ hm2，产投比为较常规推荐施肥增加的产值与增加的肥料成本的比值。
酸性土壤中微量元素的大量淋失，加之没有得到有效补充，导致土壤中Mg、Si等亏缺严重，抑制了甘蔗产量及品质的提高。本试验结果表明，增施有机土壤调理剂处理的甘蔗叶片氮平衡指数和SPAD值、蔗茎产量和甘蔗蔗糖分均显著高于常规推荐施肥的，表明酸性土壤中Mg、Si等的添加可有效缓解限制产量和品质提高的障碍，与相关报道一致 [21] [22] 。大量研究表明，Mg、Si等对铝毒、锰毒具有缓解作用 [23] [24] [25] [26] [27] 。本研究有机土壤调理剂含有的中微量元素(Ca、Mg、Si、B等)在酸性土壤中表现的良好应用效果具体是由于补充自身元素的不足还是缓解酸性土壤中铝、锰毒害作用，抑或是两者的共同作用，有待进一步分析。
本文主要结论如下：1) 在常规推荐施肥基础上增施有机土壤调理剂对改良土壤酸性有一定的效果，土壤理化性质得到改善，增加土壤氮磷钾养分的有效性；2) 促进甘蔗对养分的吸收(尤其是氮)，提高叶绿素含量，增强光合作用，促进甘蔗生长，增加株高，从而提高蔗茎产量，提高甘蔗蔗糖分，最终增加净收益；3) 有机土壤调理剂施用量以1500 kg/hm2的效果最优。
基金项目
广东省科技计划项目(2017A070701030；2014B070705002)，国家农业部糖料产业技术体系(CARS-170203)资金资助。
NOTES
*通讯作者。